WO2021156531A1 - Electrolito solido para el electropulido en seco de metales con moderador de actividad - Google Patents

Electrolito solido para el electropulido en seco de metales con moderador de actividad Download PDF

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WO2021156531A1
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dry
solid electrolyte
electropolishing
moderating
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Marc Soto Hernandez
Marc Sarsanedas Gimpera
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Drylyte, S.L.
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    • B23H5/00—Combined machining
    • B23H5/12—Working media

Definitions

  • the present invention describes a solid electrolyte for use in dry electropolishing systems for metals. For this reason, this invention is part of the metal polishing sector in those fields that require high-quality metal finishes, such as the automotive, aeronautical, medicine, dental, decoration, jewelry, watchmaking sectors among many others.
  • Dry electropolishing using solid electrolyte is a nascent technology first described in 2016 in patent ES2604830.
  • a metal piece connected to an anode is moved inside a container that contains solid electrolyte particles and a cathode. This produces a removal of metal where the metal surface contacts the particles, that is, in the roughness peaks, since only in the contact points there is current flow, generating a polishing process with specular results without affecting vortices or edges.
  • a description of the particles used for this process is detailed in document ES2721170 (A1). These particles are made up of ion exchange resin particles that retain an acidic electrolyte liquid inside. These particles are very active on the metal surface. In metals that produce protection by themselves, that is, metals that passivate, these particles produce excellent results, producing specular finishes. The passivation layer counteracts the high activity of the particles. Dry electropolishing of self-passivating metals such as stainless steels, cobalt-chromium alloys or titanium produces excellent results. In some self-passivating metals, when they are polished by dry electropolishing, a surface with an undesirable waviness pattern is obtained, similar to an “orange peel” type surface. This result is not optimal and therefore this reason is necessary a new formulation of dry electrolyte that does not produce this undesirable wavy pattern.
  • This invention describes the composition of solid electrolytes for the dry electropolishing of metals.
  • the above solid electrolyte formulations are active particles of ion exchange resins containing different acids.
  • solid electrolytes exude acidic liquid, either by pressure, by ethical electrophore phenomena or others.
  • These acidic exudates on the metal surface concentrate electrical and chemical action, generating localized attacks. Those localized attacks result in damaging marks and craters for a high-quality finish. According to this hypothesis, avoiding or controlling acid exudates would result in polished surfaces without localized attacks.
  • the solid electrolyte system proposed for metal polishing consists of a solid electrolyte formulation containing active particles of ion exchange resin charged with an acid solution, and a portion of particles that decrease, moderate or regulate the activity of the active particles. , called moderator particles.
  • Active particles are ion exchange resin particles with the ability to retain electrolyte liquid inside.
  • the ion exchange resin is a sulphonated divinylbenzene release copolymer.
  • the resins are acrylic gel polymer with functional groups. These polymers allow an efficient exchange of the metal ions generated during the electropolishing process.
  • the electrolyte liquid is a deide solution.
  • this acidic solution includes sulfuric acid and / or methanesulfonic acid. These compounds are strong acids that favor the passage of electric current and facilitate the dissolution of the oxides formed on the surface to be polished.
  • the active particles are preferably spherical in shape to facilitate movement across the surface of the workpiece.
  • the active particles can all be of the same type, or they can be made up of two or more types.
  • the active particles are made up of two parts of particles of size about 0.7 mm in diameter containing methanesulfonic acid and one part of particles about 0.2 mm in diameter containing sulfuric acid. This type of combination has the advantages of the speed of large particles and the penetration of small particles, as well as of combining the electrochemical and solubility effects of the two acids.
  • the active particles have two functions: a chemical action of dissolving oxides and salts that causes the cleaning of the surface to be polished; and a function of electrical conductivity.
  • the moderating particles have the objective of limiting the etching action of the active particles and / or the objective of limiting the electrical conductivity function of the active particles.
  • Two types of moderator particles are distinguished; the moderating particles of the chemical action of the active particles and the moderating particles of the electrical conductivity of the active particles.
  • the particles that moderate the chemical action of the active particles have the ability to absorb and / or neutralize the acid exudates of the active particles.
  • a preferred embodiment of the particles moderating the chemical action of the active particles are acrylic gel polymer particles with amino functional groups initially containing water or distilled water. When these particles come into contact with the surface of the metal part, they absorb the possible acid residues left by the active particles, which are neutralized inside the particle with the amino groups.
  • a second preferred embodiment of the particles that moderate the chemical action of the active particles are polymers with the capacity to absorb liquid that are below the saturation point, with which they have the capacity to absorb liquid, that is to say partially dry particles.
  • they are ion exchange resins based on a copolymer of styrene and sulfonated dMnylbenzene, similar to or equal to the resin of the active particles.
  • these particles absorb the acidic exudates that remain on the metal surface to be polished. Once the particles that moderate the chemical action of the active particles are saturated, that is, they can no longer absorb more acid, a certain percentage more of this type of particles that moderate the chemical action of the active particles can be added to maintain moderating activity. Already saturated moderator particles are not a problem, since they act as if they were active particles. The great advantage of these particles moderating the chemical action of partially dry active particles is that there is no limit to the amount that can be used, since virtually after use they become active particles.
  • a third preferred embodiment of the particles that moderate the chemical action of the Active particles are particles with a basic solution inside.
  • these particles neutralize acid exudates directly on the metal surface, in addition to generating basic exudates that protect the surface from subsequent acid attacks, making them especially useful on sensitive metals.
  • the basic solution contains bases that do not react with air, are soluble in water and are not very volatile, such as, for example, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, triethylamine, phosphate or acetate-based buffers, etc.
  • bases that do not react with air, are soluble in water and are not very volatile, such as, for example, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, triethylamine, phosphate or acetate-based buffers, etc.
  • the great advantage of this system is its effectiveness in removing acid residues from the metal surface. It is especially suitable for very sensitive metal surfaces, such as low-alloy steels.
  • the particles that moderate the electrical conductivity of the active particles are non-conductive particles.
  • the particles that moderate the electrical conductivity of the active particles limit the number of electrical preferential paths that can reach the metal surface (anode) from the cathode. On the one hand, this increases the homogeneity of the most exposed parts with the most occluded parts, since the possible number of electrical paths is equalized. On the other hand, the presence of these particles that moderate electrical conductivity locally and momentarily interrupts the electrical contact of the surface, which breaks the resonances established in the system, which are the cause of ripples in the final orange peel finish. .
  • the great advantage of these electrical conductivity moderating particles is the final finish they produce, of higher quality with a finish with hardly any ripples.
  • These particles that moderate electrical conductivity can be pdimeric, ceramic, etc. with a density and shape such that they do not produce a massive segregation of the active particles.
  • the electrical conductivity moderating particles can be made of any non-conductive material that is resistant to acid or can withstand contact with the active acid particles during the process for some time.
  • Preferred materials are polymers in which the main potimeric chain contains only CC bonds, such as polymers derived from styrene, divinylbenzene, ethylene, propylene, acrylates, acrylamides, vinyl, vinyl chloride, tetrafluoroethylene, naphion among many others.
  • the moderating particles of the Electrical conductivity can be derivatives of silicon, such as gel silica and functionalized silica.
  • the shape of the electrical conductivity moderating particles can be spherical, lenticular, prismatic, discoidal, cylindrical, irregular, etc.
  • the agenda for moderating particles of electrical conductivity is related to the agenda for active particles. As its function is to generate electrical "shadows" on the metal surface to be polished, preferably the average level of the particles that moderate electrical conductivity will be equal to or higher than the average level of the active particles.
  • the active particles are 0.7 mm spheres of gel median content of a sulfonated divinylbenzene polystyrene copolymer containing an acidic solution and the electrical conductivity moderating particles are PVC vinyl polydoride.
  • This polymer has a density that varies from 1.1 to 1.4 g / mL which is similar to that of the release copolymer and divinylbenzene of the resins which is around 1.2 to 1.3 g / mL
  • the fact of having a similar density contributes to a homogeneous distribution of the different types of particles.
  • This volume ratio or similar ratios, for example PVC non-conductive moderator particles of 20 to 45% plus active particles of 80 to 55%, exhibit a homogeneous distribution of the non-conductive particles in the active particles. The best effects are achieved when the particles are homogeneously distributed or when the accumulations resolve themselves through the vibration and movement of the process. This is achieved with this volume ratio which is close to two to one.
  • the particles that moderate electrical conductivity and / or chemical action can have additional functions.
  • the moderating particles of electrical conductivity and / or chemical action with abrasive function can be abrasive particles to have an extra function during the process. These particles that moderate electrical conductivity and / or chemical action with abrasive function complement the action of electropuiide with an effect of abrasive polishing. In addition to the purely abrasive effect of the metal surface, these abrasive particles have a novel surface cleaning effect. During the dry electropolishing process, oxide buildup sometimes occurs which can be counteracted by expanding the negative pulse or avoided by changing the type of solid electrolyte. An alternative to these changes is the use of abrasive moderating particles that take care of this process of cleaning and eliminating surface oxides without the need to alter the parameters of the optimized process.
  • the vibration of the set of particles together with the movement of the piece to be polished in the system provides sufficient kinetic energy without further need to adapt the dry electropolishing system.
  • the great advantage of this type of abrasive moderating particles is their dual function as regulators of activity and as abrasive agents that clean and polish the surface.
  • the particles that moderate electrical conductivity and / or chemical action with an abrasive function are particles of high hardness.
  • these abrasive moderating particles are salts such as aluminum oxide, kakacum carbonate, silicon carbide, cubic boron nitride, boron carbide, iron oxide, etc .; non-crystalline materials such as sand, granulated, crushed glass or the like; Ceramic materials; minerals such as dolomite, emery, novaculite, pumice or pumice, sandstones, corundum, garnets, feldspar, staurolite, among others.
  • the particles that moderate electrical conductivity and / or chemical action with an abrasive function retain a certain amount of moisture or liquid, they may consist of an abrasive polishing paste.
  • abrasive polishing paste These types of pastes are common for polishing metals through an abrasive process, either by hand or by means of a tool.
  • the paste By treating the metal surface to be polished with the polishing paste and the active particles, the paste protects the surface from uncontrolled attack by the active particles in such a way that the polishing process can be carried out simultaneously by means of the dry electrolyte and by means of an abrasive medium.
  • the movement and vibration of the dry electropolishing process complements the abrasive action, while the paste used for the abrasive action protects the metal surface to be polished from a chemical or electrical attack by the active particles on the excessive metal surface.
  • the abrasive polishing paste behaves as a protective layer on the surface. Within abrasive pastes there are pastes that have conductive properties and others that are not conductive.
  • abrasive polishing paste as a moderator is the possibility of simultaneously or consecutively using an abrasive polishing process.
  • the synergistic action of the two processes substantially reduces operating times while producing high-quality finishes.
  • the solid electrolyte for dry electropolishing of metals may contain one or more types of active particles and one or more types of moderating particles.
  • composition by volume of the electrolyte for dry electrospulting of metals is in the following ranges:
  • the methanesulfonic acid containing particles have a high chemical activity of dissolving basic oxides.
  • Particles containing sulfuric acid, a strong diprotic acid have high electrical conductivity.
  • the combination of particles of different sizes increases the contact points between the particles, as well as between the particles and the surface.
  • this formulation has particles that moderate electrical conductivity that locally and momentarily block electrical activity, allowing time for the chemical and cleaning action to take place.
  • the moderating particles of the chemical gel polymer action containing water are in charge of cleaning the surface of the exudates of the active particles. It is a formulation indicated for sensitive metal parts, such as tool steels, carbon steels, with shapes that include holes and cavities.
  • the composition by volume of the electrolyte for dry electropolishing of metals is in the following ranges:
  • This formulation serves to control the acid exudates produced by the active particles. It is a formulation that maintains a high electrical activity, almost comparable to having only active particles, but with the advantage of avoiding exudate accumulations on the metal surface. This formulation is indicated for pieces of sensitive material, such as tool steels or carbon steels. The high activity makes it suitable for large series.
  • composition by volume of the electrolyte for dry electropolishing of metals is in the following ranges:
  • active particles 10 to 40% of active particles of a size around 0.2 mm in diameter containing methanesulfonic acid and / or sulfuric acid. Being the total of active particles greater than or equal to 50%.
  • This formulation is especially useful for dry electropolishing to obtain high quality finishes at fast speeds on metals that have the ability to self-passivate.
  • metals such as stainless steels and titanium, specular results are obtained with no observable waviness at 10x magnification.
  • the initial composition by volume of the electrolyte for dry electropolishing of metals is in the following ranges:
  • This formulation makes it possible to eliminate the exudates of the active particles.
  • the great advantage is that, once the partially dry particles have been saturated, it is possible to add a quantity, for For example, 0.5% with respect to the nested volume, of new partially dry particles, with which the absorption activity can be maintained over time.
  • This formulation is designed to polish carbon steels without craters or marks on the surface.
  • This electrolyte is used to polish carbon steels by applying positive direct current to the 12 V part for 0.5 s and pauses of 0.5 s, adding 0.050 kg more of acrylic moderating particles with water each hour of use.
  • This formulation is designed to polish stainless steels and obtain final results without orange peel ripples.
  • This electrolyte is used to polish stainless steels by applying electrical pulses to the part of +17 V, 20 ms; 0V, 10 ms; -17 V, 30 ms: 0 V, 10 ms, to obtain a surface practically free from observable ripples at 10x magnification.
  • Solid electrolyte with non-conductive moderating particles
  • This formulation is designed to polish stainless steels and obtain final results without ripples like orange peel.
  • This electrolyte is used to polish stainless steels by applying electrical pulses to the part of +17 V, 20 ms; 0 V, 10 ms; -17 V, 30 ms: 0 V, 10 ms, to obtain a surface practically free of observable ripples at 10x.

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Abstract

Electrolito sólido para el electropulido en seco de metales que comprende; Al menos un tipo de partículas activas de resina de intercambio iónico cargadas con una solución ácida que generan una actividad química y una actividad eléctrica, al menos un tipo de partículas moderadoras de la acción química y/o partículas moderadoras de la conductividad eléctrica de las partículas activas, de tal manera que las partículas moderadoras reducen los ataques localizados a la superficie de la pieza pulida provocados por los exudados de las partículas activas.

Description

D E S C R I P C I Ó N
ELECTROLITO SOLIDO PARA EL ELECTROPUUDO EN SECO DE METALES CON
MODERADOR DE ACTIVIDAD
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención describe un electrólito sólido para ser usado en sistemas de electropulido en seco de metales. Por ello, esta invención se enmarca en el sector de los pulidos metálicos en aquellos campos que precisan acabados metálicos de alta calidad como por ejemplo el sector del automóvil, aeronáutica, medicina, dental, decoración, joyería, relojería entre muchos otros.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El eiectropulido en seco mediante electrolito sólido es una tecnología naciente descrita por primera vez en 2016 en la patente ES2604830. En este proceso, una pieza metálica conectada a un ánodo, se mueve dentro de un recipiente que contiene partículas de electrólito sólido y un cátodo. Esto produce una eliminación de metal donde la superficie metálica contacta con las partículas, es decir, en los picos de rugosidad, ya que solo en los puntos de contacto hay paso de corriente, generando un proceso de pulido con resultados especulares sin afectar a vórtices ni bordes.
Una descripción de partículas usadas para ese proceso se encuentra detallada en el documento ES2721170(A1). Estas partículas están formadas por partículas de resinas de intercambio iónico que retiene un líquido electrolito ácido en su interior. Estás partículas son muy activas sobre la superficie metálica. En metales que producen una protección por si solos, es decir metales que se autopasivan, estas partículas producen excelentes resultados, produciendo unos acabados especulares. La capa de pasivadón contrarresta la gran actividad de las partículas. El pulido mediante eiectropulido en seco de metales autopasivantes como por ejemplo aceros inoxidables, aleaciones de cobalto-cromo o titanio producen excelentes resultados. En algunos metales autopasivantes, cuanto estos se pulen mediante eiectropulido en seco, se obtiene una superficie con un patrón de ondulación no deseable, parecido a una superficie tipo “piel de naranja". Este resultado no es óptimo y por lo tanto este motivo, es necesario una nueva formulación de electrólito seco que no produzca este patrón de ondulación no deseable.
El problema se agrava cuando se pulen metales no autopasivantes mediante electropuiido en seco. Las partículas de electrólito sólido son demasiado agresivas para metales que no producen por si solos esta capa de protección. Cuando las partículas de electrólito sólido se usan para electropulir en seco, por ejemplo, aceros al carbono o aceros poco aleados, la superficie metálica es susceptible de sufrir ataques en la superficie y presentar “cráteres" correspondientes a contacto con las partículas de electrólito sólido. Debido a la importancia industrial de algunos de estos metales no autopasivantes (por ejemplo los aceros al carbono se encuentran en herramientas, engranajes, motores, cajas de cambio, etc.) existe una necesidad industrial de un electrolito sólido capaz de pulir metales no autopasivantes mecíante un proceso de electr opul ido en seco. Según nuestro conocimiento hasta la fecha, no existe ningún electrólito sólido apto para pulir metales no autopasivantes mediante un proceso de electropuiido en seco sin que se generen cráteres en la superficie, así como tampoco no existe ningún electrólito sólido apto para pulir metales autopasivantes que no genere un patrón de ondulación no deseable.. La presente invención proporciona un electrólito sólido para el electropuiido de metales, que soluciona los problemas técnicos mencionados.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
Esta invención describe la composición de unos electrólitos sólidos para el electropuiido en seco de metales.
Las anteriores formulaciones de electrolitos sólidos son partículas activas de resinas de intercambio iónico que contienen diferentes ácidos. Como hipótesis novedosa de trabajo se consideró que durante el proceso de electropuiido, los electrolitos sólidos exudan liquido ácido, ya sea por presión, por fenómenos eiectrofor éticos u otros. Estos exudados ácidos en la superficie metálica concentran la acción eléctrica y química, lo que genera ataques localizados. Esos ataques localizados dan lugar a marcas y cráteres prejudiciales para un acabado de alta calidad. Según esta hipótesis, evitar o controlar los exudados ácidos resultaría en superficies pulidas sin ataques localizados. El sistema de electrolito sólido propuesto para el pulido de metales consiste en una formulación de electrólitos sólidos que contiene partículas activas de resina de intercambio iónico cargadas con una solución ácida, y una porción de partículas que disminuyen, moderan o regulan la actividad de las partículas activas, llamadas partículas moderadoras.
Las partículas activas son partículas de resina de intercambio iónico con capacidad de retener líquido electrolito en su interior. Preferentemente, la resina de intercambio iónico es un copolímero de estreno divinilbenzeno sulfonado. En otra conformación preferente, las resinas son de polímero gel acrílico con grupos funcionales. Estos polímeros permiten un intercambio eficaz de los iones metálicos generados durante el proceso de electropulido. Preferentemente, el líquido electrolito es una solución deida. Preferentemente, esta solución ácida incluye ácido sulfúrico y/o ácido metanosulfóníco. Estos compuestos son ácidos fuertes que favorecen el paso de corriente eléctrica y facilitan la disolución de los óxidos formados en la superficie a pulir.
Las partículas activas tienen preferentemente una forma esférica para facilitar el movimiento por la superficie de la pieza a pulir.
Las partículas activas pueden ser todas del mismo tipo, o pueden estar formadas por dos o más tipos. Por ejemplo, en una conformación preferente las partículas activas están formadas por dos partes de partículas de tamaño alrededor de 0.7 mm de diámetro conteniendo ácido metanosulfónico y una parte de partículas alrededor 0.2 mm de diámetro conteniendo ácido sulfúrico. Este tipo de combinaciones tiene las ventajas de la velocidad de las partículas grandes y a penetración de las partículas pequeñas, así como de combinar los efectos electroquímicos y de solubilidad de los dos ácidos.
Durante el proceso de electropulido, las partículas activas tienen dos funciones, una acción química de disolución de óxidos y sales que provoca la limpieza de la superficie a pulir; y una función de conductividad eléctrica.
Las partículas moderadoras tienen el objetivo de limitar la acción de ataque químico de las partículas activas y/o el objetivo de limitar la función de conductividad eléctrica de las partículas activas. Se distinguen dos tipos de partículas moderadoras; las partículas moderadoras de la acción química de las partículas activas y las partículas moderadoras de la conductividad eléctrica de las partículas activas. Las partículas moderadoras de la acción química de las partículas activas tienen la capacidad de absorber y/o neutralizar los exsudados ácidos de las partículas activas. Una realización preferente de las partículas moderadoras de la acción química de las partículas activas son partículas de polímero gel acrilico con grupos funcionales amino conteniendo inicialmente agua o agua destilada. Estas partículas al contactar con la superficie de la pieza metálica absorben los posibles restos ácidos dejados por las partículas activas, que se neutralizan en el interior de la partícula con los grupos amino. De este modo, se limita la acción ácida descontrolada de los restos ácidos. Debido a la naturaleza gel, es conveniente renovar o añadir las partículas moderadoras. Por ejemplo, se puede empezar con un 0.5 % en volumen de partículas moderadoras, y añadir más al cabo de cierto tiempo, por ejemplo, un 0.5 % respecto al volumen inicial cada 2 horas de funcionamiento, para mantener la actividad. Estas partículas moderadoras son de uso preferente para el pulido de aceros al carbono.
Una segunda realización preferente de las partículas moderadoras de la acción química de las partículas activas son polímeros con capacidad para absorber líquido que están por debajo del punto de saturación, con lo cual tienen capacidad de absorber liquido, es decir partículas parcialmente secas. Preferentemente, se trata de resinas de intercambio iónico basadas en un copolímero de estireno y dMnilbenzeno sulfónado, parecido o igual a la resina de las partículas activas.
Durante el proceso de electropulido en seco, estas partículas absorben los exsudados ácidos que permanecen en la superficie metálica a pulir. Una vez que las partículas moderadoras de la acción química de las partículas activas se saturen, es decir que ya no puedan absorber más acido, se puede añadir un cierto porcentaje más de este tipo de partículas moderadoras de la acción química de las partículas activas para mantener la actividad moderadora. Las partículas moderadoras ya saturadas no suponen un problema, ya que actúan como si fuesen partículas activas. La gran ventaja de estas partículas moderadoras de la acción química de las partículas activas parcialmente secas es que no hay un limite de cantidad que se puede usar, ya que virtualmente, después de uso se convierten en partículas activas. Una tercera realización preferente de las partículas moderadoras de la acción química de las partículas activas son partículas con una solución básica en su interior. Durante el proceso de eiectropulido en seco, estas partículas neutralizan directamente en la superficie metálica los exsudados ácidos, además de generar exsudados básicos que protegen la superficie de posteriores ataques ácidos, por lo que son especialmente útiles en metales sensibles. Preferentemente, la solución básica contiene bases que no reaccionen con el aire, sean solubles en agua y sean poco volátiles como, por ejemplo, monoetanolamina, dietanolamina, trietanolamina, trietilamina, soluciones tampón a base de fosfatos o acetatos, etc. La gran ventaja de este sistema es su eficacia para eliminar los residuos ácidos de la superficie metálica. Está especialmente indicado para superficies metálicas muy sensibles, como aceros poco aleados.
Las partículas moderadoras de la conductividad eléctrica de las partículas activas son partículas no conductoras.
Las partículas moderadoras de la conductividad eléctrica de las partículas activas limitan el número de caminos preférenciales eléctricos que pueden llegar a la superficie metálica (ánodo) desde el cátodo. Por un lado, esto aumenta la homogeneidad de las partes más expuestas con las partes más ocluidas, ya que se iguala el número posible de caminos eléctricos. Por otro lado, la presencia de estas partículas moderadoras de la conductividad eléctrica interrumpe local y momentáneamente el contacto eléctrico de la superficie lo que rompe las resonancias que se establecen en el sistema, que son las causantes de ondulaciones en el acabado final tipo piel de naranja. La gran ventaja de estas partículas moderadoras de la conductividad eléctrica es el acabado final que producen, de más calidad con un acabado sin apenas ondulaciones.
Estas partículas moderadoras de la conductividad eléctrica pueden ser pdiméricas, cerámicas, etc con una densidad y forma tales que no produzcan una segregación masiva de las partículas activas.
Las partículas moderadoras de la conductividad eléctrica pueden ser de cualquier material no conductor que sea resistente al ácido o pueda resistir cierto tiempo el contacto con las partículas activas ácidas durante el proceso. Los materiales preferidos son polímeros en los que la cadena potimérica principal contenga solo enlaces C-C como, por ejemplo, polímeros derivados de estireno, divinilbenzeno, etileno, propileno, acri latos, acri lamidas, vinilo, cloruro de vinilo, tetrafluoroetileno, nafion entre muchos otros. Las partículas moderadoras de la conductividad eléctrica pueden ser derivados de silicio, como sílica gel y sílicas funcionalizadas.
La forma de las partículas moderadoras de la conductividad eléctrica puede ser esférica, lenticular, prismática, discoidal, cilindrica, irregular, etc.
El temario de las partículas moderadoras de la conductividad eléctrica va en relación al temario de las partículas activas. Como su función es generar "sombras" eléctricas sobre la superficie metálica a pulir, preferentemente el temario medio de las partículas moderadoras de la conductividad eléctrica será igual o superior al temario medio de las partículas activas.
En una realización preferente, las partículas activas son esferas de 0.7 mm de temario medio de gel de un copolímero de políestireno divinilbenzeno sulfonado conteniendo una solución ácida y las partículas moderadoras de la conductividad eléctrica son de polidoruro de vinilo PVC. Este polímero tiene una densidad que varía de 1.1 a 1.4 g/mL que es similar a la del copolímero de estreno y divinilbenzeno de las resinas que es alrededor de 1.2 a 1.3 g/mL El hecho de tener una densidad similar contribuye a una distribución homogénea de los diferentes tipos de partículas. En otra realización preferente, hay un tercio del volumen de partículas moderadoras irregulares no conductoras de PVC y dos tercios de partículas activas. Esta relación de volumen, o unas relaciones similares, por ejemplo partículas moderadoras no conductoras de PVC de 20 a 45 % más partículas activas de 80 a 55 %, presentan una distribución homogénea de las partículas no conductoras en las partículas activas. Los mejores efectos se consiguen cuando las partículas están homogéneamente distribuidas o cuando las acumulaciones se resuelven por si solas mediante la vibración y movimiento del proceso. Esto se consigue con esta relación de volúmenes que se acerca al dos a uno.
Las partículas moderadoras de la conductividad eléctrica y/o de la acción química pueden tener funciones adicionales.
Las partículas moderadoras de la conductividad eléctrica y/o de la acción química con función abrasiva pueden ser partículas abrasivas para tener una función extra durante el proceso. Estas partículas moderadoras de la conductividad eléctrica y/o de la acción química con función abrasiva complementan la acción de eiectropuiido con un efecto de pulido abrasivo. Además del efecto puramente abrasivo de la superficie metálica, estas partículas abrasivas presentan un novedoso efecto de limpieza de la superficie. Durante el proceso de electropulido en seco, en ciertas ocasiones se producen acumulaciones de óxido que se pueden contrarrestas ampliando el pulso negativo o evitar cambiando el tipo de electrólito sólido. Una alternativa a estos cambios es el uso de partículas moderadoras abrasivas que se encarguen de este proceso de limpieza y eliminación de óxidos superficiales sin necesidad de alterar los parámetros del proceso optimizado. La vibración del conjunto de partículas junto con el movimiento de la pieza a pulir en el sistema proporciona la energía cinética suficiente sin más necesidad de adaptar el sistema de electropulido en seco. La gran ventaja de este tipo de partículas moderadoras abrasivas es su doble función como reguladoras de la actividad y como agentes abrasivos que limpian y pulen la superficie.
Las partículas moderadoras de la conductividad eléctrica y/o de la acción química con función abrasiva son partículas de alta dureza. A modo de ejemplo, sin propósito de limitación, estas partículas moderadoras abrasivas son sales como óxido de aluminio, carbonato cákáco, carburo de silicio, nítruro de boro cúbico, carburo de boro, óxido de hierro, etc.; materiales no cristalinos como arena, vidrio granulado, machacado o similares; materiales cerámicos; minerales como dolomita, esmeril, novaculita, pumita o piedra pómez, areniscas, corindón, granates, feldespato, estaurolita, entre otros.
En el caso que las partículas moderadoras de la conductividad eléctrica y/o de la acción química con función abrasiva retengan una cierta cantidad de humedad o líquido pueden consistir en una pasta abrasiva para pulir. Este tipo de pastas son habituales para pulir metales mediante un proceso abrasivo, ya sea manual o mediante alguna herramienta.
Al tratar la superficie metálica a pulir con la pasta de pulido y las partículas activas, la pasta protege la superficie de un ataque descontrolado por parte de las partículas activas de tal modo que se puede producir simultáneamente el proceso de pulido medente el electrolito seco y mediante una medio abrasiva. El movimiento y la vibración del proceso de electropulido en seco complementa la acción abrasiva, a la vez que la pasta usada para la acción abrasiva protege la superficie metálica a pulir de un ataque químico o eléctrico de las partículas activas sobre la superficie metálica excesivo. La pasta abrasiva para pulir se comporta como una capa protectora sobre la superficie. Dentro de las pastas abrasivas existen pastas que tienen propiedades conductoras y otras que no son conductoras. En el caso de pastas abrasivas conductoras, la acción que hacen es de protección química, en el caso de pastas abrasivas no conductoras, la acción que hacen es de moderación química y moderación eléctrica. La gran ventaja del uso de pasta abrasiva para pulir como moderadora es la posibilidad de usar simultáneamente o consecutivamente un proceso abrasivo de pulido. La acción sinérgica de los dos procesos reduce sustancialmente los tiempos de operación pero produciendo acabados de gran calidad.
El electrolito sólido para el electropulido en seco de metales puede contener uno o varios tipos de partículas activas y uno o varios tipos de partículas moderadoras.
En una primera realización preferente, la composición en volumen del electrolito para el electr opul ido en seco de metales se encuentra en los siguientes rangos:
De 0 a 99.9 % de partículas activas de un tamaño alrededor de 0.7 mm de diámetro conteniendo ácido metanosulfónico
De 0 a 99.9 % de partículas activas de un tamaño alrededor de 0.2 mm de diámetro conteniendo ácido sulfúrico. Siendo el total de volumen de partículas activas mayor o igual al 50 %.
De 0 a 50 % de partículas moderadoras de la conductividad eléctrica no conductoras
De 0 a 10 % inicial de partículas moderadoras de la acción química de polímero gel conteniendo agua.
Las partículas que contienen ácido metanosulfónico tienen una alta actividad química de disolución de óxidos básicos. Las partículas que contienen ácido sulfúrico, un ácido fuerte diprótico, presentan una alta conductividad eléctrica. Además, la combinación de partículas de diferente tamaño aumenta los puntos de contacto entre las partículas, así como entre las partículas y la superficie. Para contrarrestar la alta actividad del conjunto de partículas activas, esta formulación cuenta con partículas moderadoras de la conductividad eléctrica que local y momentáneamente bloquean la actividad eléctrica, dando tiempo a que se produzca la acción química y la de limpieza. Las partículas moderadoras de la acción química de polímero gel conteniendo agua se encargan de limpiar la superficie de los exsudados de las partículas activas. Es una formulación indicada para piezas de metales sensibles, como por ejemplo aceros para herramientas, aceros al carbono, con formas que incluyan huecos y cavidades. En una segunda realización preferente, la composición en volumen del electrolito para el electropulido en seco de metales se encuentra en los siguientes rangos:
- De 90 a 99.9 % de partículas activas que contienen mínimo un ácido
- De 0.1 a 10 % de partículas moderadoras de polímero gel conteniendo agua.
Esta formulación sirve para controlar los exsudados ácidos producidos por las partículas activas. Es una formulación que mantiene una alta actividad eléctrica, comparable casi a tener solo partículas activas, pero con la ventaja de evitar acumulaciones exsudados en la superficie metálica. Esta formulación esta indicada para piezas de material sensible, como aceros para herramienta o aceros al carbono. La alta actividad la hacen adecuada para grandes series.
En una tercera realización preferente, la composición en volumen del electrolito para el electropulido en seco de metales se encuentra en los siguientes rangos:
De 10 a 80 % de partículas activas de un tamaño alrededor de 0.7 mm de diámetro conteniendo ácido metanosulfónico y/o ácido sulfúrico
De 10 a 40 % de partículas activas de un tamaño alrededor de 0.2 mm de diámetro conteniendo ácido metanosulfónico y/o ácido sulfúrico. Siendo el total de partículas activas mayor o igual al 50 %.
De 5 a 50 % de partículas moderadoras no conductoras
Esta formulación es especialmente útil para el electropulido en seco para obtener unos acabados de alta calidad a velocidades rápidas en metales que poseen capacidad para autopasivarse. Con metales como aceros inoxidables y titanio se obtienen resultados especulares sin ondulación observable a diez aumentos.
En una cuarta realización preferente, la composición inicial en volumen del electrolito para el electropulido en seco de metales se encuentra en los siguientes rangos:
De 90 a 99.9% de partículas activas que contienen como mínimo un ácido De 0.1 a 10% de partículas parcialmente secas
Esta formulación permite eliminar los exsudados de las partículas activas. La gran ventaja es que, una vez saturadas las partículas parcialmente secas, es posible añadir una cantidad, por ejemplo un 0.5 % respecto el volumen ¡nidal, de partículas parcialmente secas nuevas, con lo que la actividad de absorción se puede mantener a lo largo del tiempo.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Electrolito sólido con partícula· moderadoras acrílicas con agua
Esta formulación está disertada para pulir aceros al carbono sin que se produzcan cráteres ni marcas en la superficie.
• 9.950 kg de partículas activas formadas por una resina de intercambio iónico de copolimero de estreno y divinilbenzeno muy entrecruzado (para limitar las exsudaciones) Purolite Supergel SGC 650H conteniendo una solución de 5 % de ácido metanosulfónico en agua
• 0.050 kg de partículas moderadoras de resina de intercambio iónico de polímero acrilico con grupos funcionales amino conteniendo agua destilada.
Este electrolito se usa para pulir aceros al carbono aplicando corriente continua positiva a la pieza de 12 V durante 0.5 s y pausas de 0.5 s, artadiendo cada hora de uso 0.050 kg más de partículas moderadoras acrllicas con agua.
Electrolito sólido con partícula· moderadoras no conductoras
Esta formulación está disertada para pulir aceros inoxidables y obtener resultados finales sin ondulaciones tipo piel de naranja.
• 6.650 kg de partículas activas formadas por esferas de resina de intercambio iónico de copoiímero de estireno y divinilbenzeno Mitsubishi Relite CFS con un tamarto medio cerca de 0.7 mm conteniendo una solución de 10 % de ácido sulfúrico en agua
• 3.350 kg de partículas moderadoras no conductoras formadas por PVC plastificado irregular.
Este electrolito se usa para pulir aceros inoxidables aplicando pulsos eléctricos a la pieza de +17 V, 20 ms; 0V, 10 ms; -17 V, 30 ms: 0 V, 10 ms, para obtener una superficie prácticamente 35 libre de ondulaciones observables a 10 aumentos. Electrolito sólido con partículas moderadoras no conductoras
Esta formulación está diseñada para pulir aceros inoxidables y obtener resultados finales sin ondulaciones tpo piel de naranja.
• 5.000 kg de partículas activas formadas por esferas de resina de intercambio iónico de copolimero de estreno y divinilbenzeno Mitsubishi Reiite CFS con un tamaño medio cerca de 0.7 mm conteniendo una solución de 5 % de ácido metanosulfónico en agua
• 1.150 kg de partículas activas formadas por esferas de resina de intercambio iónico de copoiímero de estreno y divinilbenzeno Puroltie PCR145K con un tamaño medio cerca de 0.2 mm conteniendo una solución de 10 % de ácido sulfúrico en agua
• 3.350 kg de partículas moderadoras no conductoras formadas por PVC plastificado irregular.
Este electrolito se usa para pulir aceros inoxidables aplicando pulsos eléctricos a la pieza de +17 V, 20 ms; 0 V, 10 ms; -17 V, 30 ms: 0 V, 10 ms, para obtener una superficie prácticamente libre de ondulaciones observables a 10 aumentos.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Electrolito sólido para el etectropulido en seco de metates caracterizado por comprender
• Al menos un tipo de partículas activas de resina de intercambio iónico cargadas con una solución acida que generan una actividad química y una actividad eléctrica
• Al menos un tipo de partículas moderadoras de la acción química capaces de absorber y neutralizar químicamente los exudados ácidos de las partículas activas y/o partículas moderadoras de la conductividad eléctrica de las partículas activas. de tal manera que las partículas moderadoras reducen los ataques localizados a la superficie de la pieza pulida provocados por los exudados de las partículas activas.
2. Electrolito sólido para el etectropulido en seco de metates según la reivindicación 1 caracterizado porque las partículas moderadoras son partículas de polímero gel acrílico con grupos funcionales amino conteniendo inicialmente agua o agua destilada, que neutralizan los exudados de ácido que absorbe en el interior de la partícula con los grupos amino.
3. Electrolito sólido para el etectropulido en seco de metates según la reivindicación 1 caracterizado porque las partículas moderadoras son partículas que retienen una solución básica, que neutralizan los exudados de ácido que contacta en el exterior de la partícula con la solución básica de las partículas moderadoras.
4. Electrolito sólido para el electropulido en seco de metales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque al menos un tipo de partículas moderadoras son partículas no conductoras.
5. Electrolito sólido para el etectropulido en seco de metates según la reivindicación 4 caracterizado porque el temario medio de las partículas moderadoras es igual o superior al temario medio de las partículas activas.
35 6. Electrolito sólido para el etectropulido en seco de metates según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las partículas moderadoras de la acción química y/o partículas moderadoras de la conductividad eléctrica son partículas abrasivas que pueden realizar un proceso de limpieza de la superficie.
7. Electrolito sólido para el electropulido en seco de metales según la reivindicación 6 caracterizado porque las partículas abrasivas son partículas de minerales, sales, materiales cerámicos, o materiales no cristalinos.
8. Electrolito sólido para el electropulido en seco de metales según la reivindicación 6 caracterizado porque las partículas abrasivas son una pasta abrasiva para pulir que contacta la superficie metálica.
9. Electrolito sólido para el electropulido en seco de metales según cualquiera de las reivindicaciones 4-5 caracterizado porque las partículas moderadoras son de polímeros en los que la cadena principal contenga soto enlaces C-C.
10. Electrolito sólido para el electropulido en seco de metales según reivindicación 1 caracterizado porque la composición en volumen se encuentra en los siguientes rangos:
De 0 a 99.9 % de partículas activas de un tamaño alrededor de 0.7 mm de diámetro conteniendo ácido metanosulfónico
De 0 a 99.9 % de partículas activas de un tamaño alrededor de 0.2 mm de diámetro conteniendo ácido sulfúrico.
De 0 a 50 % de partículas moderadoras no conductoras
De 0 a 10 % de partículas moderadoras de polímero ge! conteniendo agua.
11. Electrolito sólido para el electropulido en seco de metales según reivindicación 1 caracterizado por que la composición en volumen se encuentra en los siguientes rangos:
- De 90 a 99.9 % de partículas activas que contienen mínimo un ácido
- De 0.1 a 10 % de partículas moderadoras de polímero gei conteniendo agua.
12. Electrolito sólido para el electropulido en seco de metales según reivindicación 1 caracterizado por que la composición en volumen se encuentra en los siguientes rangos: De 10 a 80 % de partículas activas de un tamaño alrededor de 0.7 mm de diámetro conteniendo ácido metanosulfónico y/o ácido sulfúrico
De 10 a 40 % de partículas activas de un tamaño alrededor de 0.2 mm de diámetro conteniendo ácido metanosulfónico y/o ácido sulfúrico. Siendo el total de partículas activas mayor o igual al 50 %.
De 5 a 50 % de partículas moderadoras no conductoras
13. Electrolito sólido para el electropulido en seco de metales según reivindicación 1 caracterizado por que la composición en volumen se encuentra en los siguientes rangos:
De 90 a 99.9% de partículas activas que contienen como mínimo un ácido De 0.1 a 10% de partículas parcialmente secas
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